一种水电站远程故障诊断系统的制作方法

1.本发明涉及电站运维装置领域，尤其涉及一种水电站远程故障诊断系统。


背景技术：

2.水电站水力发电系统是一个非常复杂的系统，涉及的设备运行原理及结构复杂且数量庞大，对水电站运行维护人员的专业知识和能力要求非常高，专家的丰富经验是一笔宝贵的财富。
3.目前，当电站设备出现复杂故障时，传统的做法就是电话致电厂家相关技术人员寻求帮助，但是电话交流对于复杂故障很难描述清楚，也不利于对故障的实际情况进行理解，因此很难做出正确的判断；还有就是邀请专家和相关厂家技术人员到现场开会讨论，这个方式相对来说效率比较低，对于急于解决现场问题不利。因此，通常通过电话或者远程视频会议的方式，在专家和相关厂家人员不到现场的情况下高效处理水电站设备故障；然而当前视频会议主要应用在显示器或者单纯的会议画面上,导致会议画面不够真实，使得远程的专家无法达到亲临的逼真效果，从而导致对故障的事实掌握不够准确。
4.为此，公开号为：cn111683219a的发明申请提供了一种水电站设备故障远程诊断系统及方法。该发明的目的是提供一种准确高效的水电站设备故障远程诊断系统及方法。该发明的技术方案是：该系统包括现场会议终端、会议服务器和若干专家会议终端，现场会议终端与会议服务器通讯连接，会议服务器与专家会议终端通讯连接；其中现场会议终端具有视频模块、现场语音输入模块；会议服务器具有图像处理模块、会议管理模块；专家会议终端具有交互模块。
5.但是，上述的发明申请并未解决在专家和相关厂家人员不到现场的情况下，单纯的会议画面不够真实，远程的专家无法达到亲临的逼真效果，从而导致对故障的事实掌握不够准确的问题。且现有的交互方式都是通过屏幕进行，在现有疫情严峻的情况下，屏幕上很容易残留病菌等污染。
6.因此，有必要提供新的一种水电站远程故障诊断系统来解决上述技术问题。


技术实现要素：

7.为解决上述之一技术问题，本发明提供的一种水电站远程故障诊断系统，包括会议服务器、会议室端、故障诊断请求端、故障现场采集端和专家远程响应端；所述会议室端、故障诊断请求端、故障现场采集端和专家远程响应端之间的交互数据均远程上传至会议服务器，所述会议服务器用于协调各端口数据，并实现数据交互和远程远程故障诊断；所述故障诊断请求端部署在水电站运维人员的便携智能设备上，所述专家远程响应端部署在专家人员的便携智能设备上，所述故障诊断请求端用于向会议服务器发送远程故障诊断请求，所述会议服务器根据故障诊断请求类型匹配对应专家人员，并向专家人员的便携智能设备发送远程协助请求；专家人员通过专家远程响应端进行响应回复；所述故障现场采集端部署在故障现场的图像采集设备上，用于采集故障现场实时图像并上传至会议服务器；所述
会议室端部署在远程会议室中，用于故障现场图像显示和会议交互。
8.作为更进一步的解决方案，当水电站中设备发生故障，且本地运维人员无法排除故障并需要专家进行远程故障诊断时，本地运维人员将故障信息通过故障诊断请求端进行上报；所述故障信息包括故障地点、故障时间、设备信号和故障类型；会议服务器在接到故障诊断请求端发送的故障信息后，自动搜寻专家库中与故障类型相匹配的专家人员，并向专家人员的便携智能设备发送远程协助请求；专家人员通过专家远程响应端进行响应回复，所述响应回复包括接受匹配、匹配待定和拒接匹配；若接受匹配，则所述会议服务器向专家人员发送远程会议室地址与协助时间；若匹配待定，则将远程故障诊断请求暂时挂置；若拒接匹配，则专家人员输入拒绝原因并发送给故障诊断请求端。
9.作为更进一步的解决方案，所述远程会议室包括若干会议座椅、会议投影仪和会议麦克风，所述会议座椅上设置有座椅编号，专家通过输入座椅编号进行入场打卡和对号入座，所述会议投影仪用于投影展示故障现场的实时图像，所述会议麦克风用于与水电站运维人员进行远程对话。
10.作为更进一步的解决方案，所述会议投影仪通过等效负折射率平板透镜(即dct-plate)进行无介质空气成像，所述会议投影仪水平置放在dct-plate下方，并与dct-plate呈45度夹角，进而产生垂直于水平面的空气成像。
11.作为更进一步的解决方案，所述会议投影仪通过轴转电机调整空气成像方位，所述会议座椅前设置有一方位调节按钮，用户通过方位调节按钮对空气成像方位进行调节。
12.作为更进一步的解决方案，所述方位调节按钮还设置有一键对位按钮，用户通过按下一键对位按钮能将空气成像方位快速自动对准当前会议座椅面朝方位，所述一键对位按钮通过如下步骤实现：
13.s1检测是否有用户按下一键对位按钮：若有，则记录按下按钮对应的座位编号并跳转到下一步骤；若无，则继续执行循环按键检测；
14.s2通过检索编号-方位表得到按下按钮对应的座位方位，其中，编号-方位表为先验对照表，通过人工进行编写与核对；
15.s3通过读取轴转电机的角度数据，得到当前dct-plate的空气成像方位，其中，所述座位方位、空气成像方位均通过中心法线进行表示，即中心法线l1对应空气成像方位，中心法线l2对应座位方位；
16.s4计算l1和l2在水平面上的夹角θ，其中，夹角θ为顺时针方向夹角；
17.s5将会议投影仪与dct-plate通过轴转电机顺时针旋转θ角度，对齐按下按钮对应的座位方位；其中，所述会议投影仪与dct-plate相对固定，在旋转时亦为整体旋转。
18.作为更进一步的解决方案，所述会议室中还设置有会议摄像头和会议扬声器，所述运维人员的便携智能设备上还设置有现场交互端；所述现场交互端能采集现场的实时音频，并发送给会议服务器；所述会议摄像头能采集会议室内实时图像，并发送给会议服务器；所述会议扬声器用于播放现场交互端能采集的现场实时音频，所述现场交互端能接收会议摄像头采集的会议室内实时图像，并通过便携智能设备进行实时播放；当诊断故障时，专家人员通过手指或其他辅助工具在空气成像中具体的指示具体的部位，所述会议摄像头采集专家指示故障部位的视频数据，并发送给现场交互端，现场交互端通过便携智能设备对声音、图像进行显示，能清晰准确的定位故障部位，并通过远程语音确定解决方案。
19.作为更进一步的解决方案，所述故障现场采集端是基于双目摄像头的采集端，通过双目摄像头采集故障现场的rgb_d图像数据，并发送给会议服务器，所述故障现场实时图像通过带有深度数据的点云数据进行重构，并通过会议投影仪进行显示。
20.作为更进一步的解决方案，所述会议摄像头采集手势交互摄像头，通过手势交互摄像头对专家人员的手势进行采集，并进行手势控制，所述手势控制包括放大图像、缩小图像、旋转图像、批注图像、区域框线，所述手势交互摄像头为复合摄像头，包括红外激光摄像头、红外摄像头和一个普通彩色摄像头；具体是型号为微软azure kinect dk摄像头。
21.作为更进一步的解决方案，所述现场交互端还能将会议摄像头显示的图像内容实时投射到运维人员的便携智能设备上，投射内容包括专家人员当前视图、专家人员批注、专家人员区域框线，水电站运维人员能通过便携智能设备的触摸显示屏进行放大图像、缩小图像、旋转图像、批注图像、区域框线。
22.与相关技术相比较，本发明提供的一种水电站远程故障诊断系统具有如下有益效果：
23.1、本发明针对水电厂设备故障诊断时花费大量时间前往故障地的问题，通过远程故障诊断系统对水电站进行远程故障诊断，极大地减少了通勤时间，专家人员能在较为舒适的会议室内对故障设备进行远程诊断，从而极大提高专家人员的工作效率和工作舒适度；
24.2、本发明通过会议服务器进行专家人员自动匹配，当寻找到对应的专家人员后，会议服务器通过向专家询问是否能参加远程诊断，专家人员可以根据自身情况选择参加、不参加和待定，增加匹配度的同时，还能兼顾专家人员的个人安排；
25.3、本发明通过等效负折射率平板透镜(dct-plate)实现无介质空气成像，能清晰准确地反应故障现场的实时画面，此外，在疫情的背景下采用这种无接触的方式进行成像能有效地起到防疫的作用；
26.4、本发明通过双目摄像头采集故障现场的rgb_d图像数据，并发送给会议服务器，所述故障现场实时图像通过带有深度数据的点云数据进行重构，并通过会议投影仪进行显示。
附图说明
27.图1为本发明实施例提供的一种水电站远程故障诊断系统的较佳的系统示意图；
28.图2为本发明实施例提供的等效负折射率平板透镜(dct-plate)较佳的原理示意图。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
30.如图1与图2所示，本实施例提供的一种水电站远程故障诊断系统，包括会议服务器、会议室端、故障诊断请求端、故障现场采集端和专家远程响应端；所述会议室端、故障诊断请求端、故障现场采集端和专家远程响应端之间的交互数据均远程上传至会议服务器，所述会议服务器用于协调各端口数据，并实现数据交互和远程远程故障诊断；所述故障诊断请求端部署在水电站运维人员的便携智能设备上，所述专家远程响应端部署在专家人员
plate)进行无介质空气成像，所述会议投影仪水平置放在dct-plate下方，并与dct-plate呈45度夹角，进而产生垂直于水平面的空气成像。
37.需要说明的是：由于水电站设备结构复杂，在进行远程故障诊断时，需要将图像以清晰生动的形式进行展示，而全息技术作为光显示的最高级表现形态，近年来，百度、阿里等行业巨头纷纷发布具有交互功能的空气成像概念产品，如：百度发布“全球第一款人工智能搜索产品.神灯搜索”，支付宝发布“最新智能物联网服务解决方案.如影计划"，这在一定程度代表未来的发展方向。目前，市面上可以实现空气成像的方法是通过在空气中喷射水蒸气，水蒸气液化成小水珠，总体上形成雾幕，再通过投影把内容投射到雾幕上的形式来实现空气成像。但是在本质上，这还是一种投影的方式，仍需借助特定材质、有形的屏幕呈现影像，未实现“去屏化”“可交互”的全息影像显示效果，出现显示效果差、光污染严重、受环境影响较大、实用性小等弊端。“屏幕依赖、错觉虚像、无穿透性、无交互性”四大痛点亟待解决。基于等效负折射率平板透镜的无介质空中成像技术是一种利用光场重构方式实现的新型显示方式，它可以将画面呈现在空气中不需要任何的介质。这种显示方式的优点是无介质成像，此外，在疫情的背景下，采用这种无接触的方式进行成像能有效地起到防疫的作用。
38.如图2所示，等效负折射率平板透镜，外观看是一块玻璃，实质上是一组微透镜阵列。这种光学玻璃的核心技术壁垒在于实现里面密密麻麻的晶格和光栅。微透镜阵列会使光线产生一种叫做“负折射"的现象，可以让发散出去的光线在平面对称的位置重新汇聚，并形成一个等大的实像，从而实现无介质空中成像。透镜对光学材料、工艺标准、化工材料加工流程等要求极高，因此生产难度极大，在结构上包括分别具有两个光学面的一对玻璃窗口，以及位于两个玻璃窗口之间的光波导组件，该光波导组件包括多排多列且呈45。斜向布置的矩形光波导阵列，以及置于矩形光波导阵外围一圈的边缘光波导，该矩形光波导阵列的每一列或每一排的单个矩形光波导尺寸相同。等效负折射率平板透镜产品形式为正常的光学平板，和普通的光学平板玻璃无异，虽然没有焦平面的概念但却可以实现凸透镜成实像的特性，因此为平板透镜。通过特殊精密微观结构重新构造的平板透镜，采用多排多列的矩形光波导阵列以及外围的三角形光波导，可以使二维或者三维光源直接在空气中成实像实现真正的全息影像，在实现大视场、大孔径、高解像、无畸变、无色散的同时实现裸眼三维立体显示特性。透镜采用上下两层镜片结构，且组成上下两层镜片的内部反射条均垂直与镜片表面，并且这些反射条平行排列。这样做的好处是为了使得每一个反射条对相同方位角入射的光束调制具有相同特性，如调制角相等，调制分量与原光线分量相对于镜片对称。上下各层镜片紧密贴合且两侧均镀有反射膜。通过镜片紧密贴合，减少胶层厚度引起两层镜片各自成像焦面错位，带来像散问题，影响成像清晰度。两侧镀有反射膜，可以避免胶层的杂质、气泡等对光线的散射，该散射光的产生，会使其重叠至像面，大大影响观看者的视觉体验。通过两侧镀反射膜，且紧密贴合，可以大大降低进入该贴缝的光线，从而避免该类杂散光对成像的影响。上层镜片反射条与下层镜片反射条相互正交布置。该平板透镜在成像过程中，利用了直角反射实现相对于平板对称方向光场高度还原的特性。当该类直角边出现钝角或锐角时，光束经过两表面反射成像后，出现裂像重影现象，影响视觉体验。将其限定为直角，可以使得所有入射光束的光场经过平板内部单元各反射表面反射后光场精确还原，从而清晰成像。上下层镜片厚度相等。这种设计使得平板在使用或后期重组时，避
免因错乱排序使得图像发生畸变、断层等现象，可以保证加工工艺的合格率。
39.我们平常所说的折射率，都指为正折射率，市面上所能见到的大多数透明介质例如水、玻璃、晶体等材料都为正折射率，光线在经过这些正的折射率材料后会沿着原来的方向发散出去。但是负折射率材料，如图2所示，对光线的作用则完全不同，光线在经过这些材料折射后会沿相反的方向进行偏折，因此有很好的汇聚作用。等效负折射率平板透镜是通过特殊精密微观结构重新构造的平板透镜，采用多排多列的矩形光波导阵列以及外围的三角形光波导，可以使二维或者三维光源直接在空气中成实像。在实现大视场、大孔径、高解像、无畸变、无色散的同时实现裸眼三维立体显示特性。技术设计起源于x射线入射晶体，x射线入射晶体时在晶格晶面的微观结构上会对x射线进行反射，反射光线出射后相互衍射产生会发生布拉格衍射。等效负折射率平板透镜借鉴了类似特殊结构的晶体及晶面结构，但x射线是波长为几十到几百皮米的电磁波，晶体中相距几十到几百皮米的原子是周期排列的，x射线入射晶体时除了发生衍射现象，根本上是在0.01—100埃此微观尺寸下的晶面晶格对x射线进行了一维逆反射。但我们实际需要的是不同颜色波长的可见光，波长在3800—7800埃之间，为了实现类似的更高级的多维折反射效果，需要在制备的等效负折射率平板透镜中也具有类似的更复杂的“晶面”和“晶胞”光学结构。光线经过等效负折射率平半透镜会产生负折射现象，数千条光线重新汇聚，会在空中形成一个实像平面。
40.作为更进一步的解决方案，所述会议投影仪通过轴转电机调整空气成像方位，所述会议座椅前设置有一方位调节按钮，用户通过方位调节按钮对空气成像方位进行调节。
41.作为更进一步的解决方案，所述方位调节按钮还设置有一键对位按钮，用户通过按下一键对位按钮能将空气成像方位快速自动对准当前会议座椅面朝方位，所述一键对位按钮通过如下步骤实现：
42.s1检测是否有用户按下一键对位按钮：若有，则记录按下按钮对应的座位编号并跳转到下一步骤；若无，则继续执行循环按键检测；
43.s2通过检索编号-方位表得到按下按钮对应的座位方位，其中，编号-方位表为先验对照表，通过人工进行编写与核对；
44.s3通过读取轴转电机的角度数据，得到当前dct-plate的空气成像方位，其中，所述座位方位、空气成像方位均通过中心法线进行表示，即中心法线l1对应空气成像方位，中心法线l2对应座位方位；
45.s4计算l1和l2在水平面上的夹角θ，其中，夹角θ为顺时针方向夹角；
46.s5将会议投影仪与dct-plate通过轴转电机顺时针旋转θ角度，对齐按下按钮对应的座位方位；其中，所述会议投影仪与dct-plate相对固定，在旋转时亦为整体旋转。
47.需要说明的是：由于会议投影仪和dct-plate容易受到损坏，本实施例通过设置方位调节按钮避免了手动调节方位带来的潜在破坏风险，通过一键对位按钮还能实现快速对位，操作简单，使专家人员更加专注于诊断故障。
48.作为更进一步的解决方案，所述会议室中还设置有会议摄像头和会议扬声器，所述运维人员的便携智能设备上还设置有现场交互端；所述现场交互端能采集现场的实时音频，并发送给会议服务器；所述会议摄像头能采集会议室内实时图像，并发送给会议服务器；所述会议扬声器用于播放现场交互端能采集的现场实时音频，所述现场交互端能接收会议摄像头采集的会议室内实时图像，并通过便携智能设备进行实时播放；当诊断故障时，
专家人员通过手指或其他辅助工具在空气成像中具体的指示具体的部位，所述会议摄像头采集专家指示故障部位的视频数据，并发送给现场交互端，现场交互端通过便携智能设备对声音、图像进行显示，能清晰准确的定位故障部位，并通过远程语音确定解决方案。
49.需要说明的是：增设会议摄像头和会议扬声器主要是方便进行沟通交流，在故障诊断时，专家人员能直接指出故障区域，而水电站运维人员能通过专家指示故障部位的视频数据来进行故障排除。
50.作为更进一步的解决方案，所述故障现场采集端是基于双目摄像头的采集端，通过双目摄像头采集故障现场的rgb_d图像数据，并发送给会议服务器，所述故障现场实时图像通过带有深度数据的点云数据进行重构，并通过会议投影仪进行显示。
51.需要说明的是：传统的摄像头采集的数据仅包括rgb数据，然而在实际的故障远程诊断中，若缺少了深度数据，便无法准确地指出故障区域，故障图像也无法充分清晰地反应真实的情况，故本实施例结合双目摄像头来采集rgb_d图像数据；rgb_d图像数据能用于图像远程重构，并生成对应的三维图像，专家人员通过三维图像能准确地观察具体故障设备。
52.作为更进一步的解决方案，所述会议摄像头采集手势交互摄像头，通过手势交互摄像头对专家人员的手势进行采集，并进行手势控制，所述手势控制包括放大图像、缩小图像、旋转图像、批注图像、区域框线，所述手势交互摄像头为复合摄像头，包括红外激光摄像头、红外摄像头和一个普通彩色摄像头；具体是型号为微软azure kinect dk摄像头。
53.需要说明的是：基于等效负折射率平板透镜的无介质空中成像技术是一种利用光场重构方式实现的新型显示方式，它可以将画面呈现在空气中不需要任何的介质。这种显示方式的优点是无介质成像，但是也同样带来了交互上的难题，传统屏幕主流交互方式是采用电容屏，所触即所得，空气成像本身不依托与任何介质，所以不能使用任何有介质的交互方式，因此需要开发一套适合无介质空中成像的交互系统，该交互系统要满足稳定、准确等特性，让用户可以使用和传统电容屏一样的交互方式。新型显示带来新的交互需求，新的交互需求促进用户新的体验和消费习惯，各行业相互依存，共同发展，才能将科技转化为产品，带给大家不同的生活体验。目前实现无介质空中成像的方案有很多，空中成像技术发展也会越来越快，伴随新的显示方式出现，需要一套合适的交互系统，让用户可以和显示系统中的图形图像进行交互。
54.本实施例通过手势交互摄像头来实现，专家人员能方便地对图像进行旋转、放大等操作，由于图像具备深度数据，还能进行定点标注，标注区域会定点显示，不会跟随画面的移动而改变。通过手势交互能更人性、更便捷地进行控制交互。
55.作为更进一步的解决方案，所述现场交互端还能将会议摄像头显示的图像内容实时投射到运维人员的便携智能设备上，投射内容包括专家人员当前视图、专家人员批注、专家人员区域框线，水电站运维人员能通过便携智能设备的触摸显示屏进行放大图像、缩小图像、旋转图像、批注图像、区域框线。
56.需要说明的是：水电厂运维人员能通过手机等设备看到专家人员当前视图、专家人员批注、专家人员区域框线，从而准确地进行交流互动，增加交流的效率和准确度。
57.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。